(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主たる熱源（４）の熱を、熱負荷（３）に供給する磁気熱量効果型ヒートポンプ装置において、
外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する磁気熱量素子（４９、５９、２４９、２５９）と、
前記磁気熱量素子への外部磁場の印加と除去とを切換える磁場切換装置（４４、４５、５４、５５、２５４、２５５）と、
前記磁気熱量素子に外部磁場が印加されているときに低温端（１３、１２）から高温端（１４、１１）に向けて熱輸送媒体を流し、前記磁気熱量素子から外部磁場が除去されているときに前記高温端（１１、１４）から前記低温端（１２、１３）に向けて熱輸送媒体を流すポンプ（３０、５３０）と、
前記磁気熱量素子へ発熱体（７、４０７）の熱を与える補助熱源装置（５、３０５、４０５）とを備えることを特徴とする磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記補助熱源装置は、前記熱輸送媒体を介して前記磁気熱量素子に前記発熱体の熱を与えることを特徴とする請求項１に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記補助熱源装置は、前記発熱体の熱を前記熱輸送媒体に伝達する熱交換器（９０、３９０、４９０）を備えることを特徴とする請求項２に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記補助熱源装置は、前記低温端（１２、１３）と前記高温端（１１）との間の中間位置から前記磁気熱量素子に前記発熱体の熱を与えることを特徴とする請求項３に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記補助熱源装置は、前記低温端（１２）と前記高温端（１１）との間の中央（１３、１４）よりも前記高温端（１１）に近い位置から前記磁気熱量素子に前記発熱体の熱を与えることを特徴とする請求項４に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記磁気熱量素子は、高い磁気熱量効果を示す高効率温度帯が異なる複数の素子ユニット（６０−６９、２６０−２６８）を有し、
複数の前記素子ユニットは、前記高温端（１１、１４）と前記低温端（１２、１３）との間において前記高効率温度帯が並ぶように直列に配列されており、
前記補助熱源装置は、前記発熱体から供給される熱に対応する前記高効率温度帯を有する前記素子ユニット（６３、２６３）に、前記発熱体の熱を与えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記補助熱源装置は、前記低温端（１２）から前記磁気熱量素子に前記発熱体の熱を与えることを特徴とする請求項２に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記主たる熱源は、室外の空気であり、前記熱負荷は室内の空気であり、
前記発熱体は、車両の走行用のモータへ給電するインバータ装置（７）であることを特徴とする請求項１に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項９】
さらに、前記主たる熱源と熱交換する室外熱交換器（４）と、
前記室外熱交換器を通る低温側循環流路（１６）と、
前記熱負荷と熱交換する室内熱交換器（３）と、
前記室内熱交換器を通る高温側循環流路（１５）とを備え、
前記ポンプは、
前記低温端（１３）から前記高温端（１１）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記高温端から前記高温側循環流路に前記熱輸送媒体を吐出し、
前記高温端（１１）から前記低温端（１３）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記高温側循環流路から前記高温端に前記熱輸送媒体を吸い込み、
前記高温端（１４）から前記低温端（１２）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記低温端から前記低温側循環流路に前記熱輸送媒体を吐出し、
前記低温端（１２）から前記高温端（１４）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記低温側循環流路から前記低温端に前記熱輸送媒体を吸い込むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【請求項１０】
前記磁気熱量素子は、
第１の磁気熱量素子ユニット（４０）に設けられ、一端に中間低温端（１３）を有し、反対の他端に前記高温端（１１）を有する第１の磁気熱量素子（４９、２４９）と、
第２の磁気熱量素子ユニット（５０）に設けられ、一端に前記低温端（１２）を有し、反対の他端に中間高温端（１４）を有する第２の磁気熱量素子（５９、２５９）とを備え、
前記磁場切換装置は、
前記第１の磁気熱量素子ユニットに設けられ、回転することにより前記第１の磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを切換える第１の永久磁石（４５）と、
前記第２の磁気熱量素子ユニットに設けられ、回転することにより前記第２の磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを切換える第２の永久磁石（５５）とを備え、
前記ポンプは、
前記第１の磁気熱量素子ユニット（４０、２４０）において前記中間低温端（１３）から前記高温端（１１）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記高温端から前記高温側循環流路に前記熱輸送媒体を吐出し、
前記第１の磁気熱量素子ユニット（４０、２４０）において前記高温端（１１）から前記中間低温端（１３）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記高温側循環流路から前記高温端に前記熱輸送媒体を吸い込み、
前記第２の磁気熱量素子ユニット（５０、２５０）において前記中間高温端（１４）から前記低温端（１２）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記低温端から前記低温側循環流路に前記熱輸送媒体を吐出し、
前記第２の磁気熱量素子ユニット（５０、２５０）において前記低温端（１２）から前記中間高温端（１４）に向けて前記熱輸送媒体を流すときに、前記低温側循環流路から前記低温端に前記熱輸送媒体を吸い込むことを特徴とする請求項９に記載の磁気熱量効果型ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気熱量素子の磁気熱量効果を利用した磁気熱量効果型ヒートポンプ装置に関し、発熱体の熱を利用することができる磁気熱量効果型ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、および特許文献２は、磁気熱量素子の磁気熱量効果を利用したヒートポンプ装置の車両への適用を提案している。この装置は、車両に搭載されたバッテリの熱を利用する構成と、磁気熱量効果を利用したヒートポンプ装置との組み合わせを提案している。また、特許文献３、および特許文献４は、磁気熱量効果型ヒートポンプ装置の構成を開示している。なお、特許文献１と特許文献２との間、および特許文献３と特許文献４との間には優先権主張による対応関係がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２９３３５３９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１０／００４１３１号パンフレット
【特許文献３】仏国特許出願公開第２９３６３６３号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１０／０６１０６４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、磁気熱量効果を利用したヒートポンプ装置と、バッテリの熱を利用する構成とは、並列的に設けられている。これでは、バッテリの熱を磁気熱量効果を利用したヒートポンプ装置によって汲み上げることができない。
【０００５】
また、従来技術の構成では、バッテリの熱を、磁気熱量効果を利用したヒートポンプ装置に利用することもできないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱体の熱を利用することができる磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、主要な熱源に加えて、さらに補助的な熱源として発熱体の熱を利用することができる磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、効率的に発熱体の熱を利用することができる磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を提供することである。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、低温状態からの始動を補助するために発熱体の熱を利用することができる磁気熱量効果型ヒートポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、主たる熱源（４）の熱を、熱負荷（３）に供給する磁気熱量効果型ヒートポンプ装置において、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する磁気熱量素子（４９、５９、２４９、２５９）と、磁気熱量素子への外部磁場の印加と除去とを切換える磁場切換装置（４４、４５、５４、５５、２５４、２５５）と、磁気熱量素子に外部磁場が印加されているときに低温端（１３、１２）から高温端（１４、１１）に向けて熱輸送媒体を流し、磁気熱量素子から外部磁場が除去されているときに高温端（１１、１４）から低温端（１２、１３）に向けて熱輸送媒体を流すポンプ（３０、５３０）と、磁気熱量素子へ発熱体（７、４０７）の熱を与える補助熱源装置（５、３０５、４０５）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、主熱源から熱負荷へ熱を供給する磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）が提供される。この装置は、磁気熱量素子と、磁場印加除去手段と、ポンプとを備える。磁場除去印加手段は、磁気熱量素子への外部磁場の印加と除去とを切換える。さらに、ポンプは、磁気熱量素子に外部磁場が印加されているときに低温端から高温端に向けて熱輸送媒体を流す。また、ポンプは、磁気熱量素子から外部磁場が除去されているときに高温端から低温端に向けて熱輸送媒体を流す。この結果、磁気熱量素子はＡＭＲ(ActiveMagnetic Refrigeration)サイクルとして機能する。さらに、この装置は、磁気熱量素子へ発熱体の熱を与える補助熱源装置を備える。この結果、ＭＨＰ装置に発熱体の熱を利用することができる。これにより、高温端において得られる熱量を増加させることができる。また、別の側面では、発熱体の熱によってＭＨＰ装置を暖めることができる。この場合、ＭＨＰ装置の始動を補助することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、補助熱源装置は、熱輸送媒体を介して磁気熱量素子に発熱体の熱を与えることを特徴とする。この構成によると、熱輸送媒体を利用して磁気熱量素子に発熱体の熱を与えることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、補助熱源装置は、発熱体の熱を熱輸送媒体に伝達する熱交換器（９０、３９０、４９０）を備えることを特徴とする。この構成によると、発熱体の熱は、熱交換器によって熱輸送媒体に伝達され、さらに磁気熱量素子に与えられる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、補助熱源装置は、低温端（１２、１３）と高温端（１１）との間の中間位置から磁気熱量素子に発熱体の熱を与えることを特徴とする。この構成によると、低温端と高温端との間の中間位置から発熱体の熱が与えられる。このため、磁気熱量素子の中間位置を暖めることができる。これにより、発熱体の熱を高温端へ効率的に汲み上げることができる。また、発熱体の熱が、ＭＨＰ装置の始動時に与えられる場合には、磁気熱量素子を中間位置から暖めることにより、その始動を補助することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、補助熱源装置は、低温端（１２）と高温端（１１）との間の中央（１３、１４）よりも高温端（１１）に近い位置から磁気熱量素子に発熱体の熱を与えることを特徴とする。この構成によると、発熱体の熱を高温端へ効率的に汲み上げることができる。また、高温端の温度上昇が助けられるため、ＭＨＰ装置の始動を補助することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、磁気熱量素子は、高い磁気熱量効果を示す高効率温度帯が異なる複数の素子ユニット（６０−６９、２６０−２６８）を有し、複数の素子ユニットは、高温端（１１、１４）と低温端（１２、１３）との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されており、補助熱源装置は、発熱体から供給される熱に対応する高効率温度帯を有する素子ユニット（６３、２６３）に、発熱体の熱を与えることを特徴とする。この構成によると、発熱体から供給される熱の温度に対応する高効率温度帯を有する素子ユニットに、発熱体の熱が与えられる。このため、素子ユニットは、発熱体の熱を効率的に汲み上げることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、補助熱源装置は、低温端（１２）から磁気熱量素子に発熱体の熱を与えることを特徴とする。この構成によると、主たる熱源からの吸熱と、発熱体の熱の吸熱とを並行して実行することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、主たる熱源は、室外の空気であり、熱負荷は室内の空気であり、発熱体は、車両の走行用のモータへ給電するインバータ装置（７）であることを特徴とする。この構成によると、ＭＨＰ装置は、室外空気を主熱源として、熱負荷である室内空気に熱を供給する。さらに、車両の走行用のモータに給電するインバータ装置の熱が、ＭＨＰ装置に供給される。この結果、室外空気に加えて、さらにインバータ装置を熱源として利用することができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、さらに、主たる熱源と熱交換する室外熱交換器（４）と、室外熱交換器を通る低温側循環流路（１６）と、熱負荷と熱交換する室内熱交換器（３）と、室内熱交換器を通る高温側循環流路（１５）とを備える。加えて、ポンプは、低温端（１３）から高温端（１１）に向けて熱輸送媒体を流すときに、高温端から高温側循環流路に熱輸送媒体を吐出し、高温端（１１）から低温端（１３）に向けて熱輸送媒体を流すときに、高温側循環流路から高温端に熱輸送媒体を吸い込む。さらに、ポンプは、高温端（１４）から低温端（１２）に向けて熱輸送媒体を流すときに、低温端から低温側循環流路に熱輸送媒体を吐出し、低温端（１２）から高温端（１４）に向けて熱輸送媒体を流すときに、低温側循環流路から低温端に熱輸送媒体を吸い込む。この構成によると、ＡＭＲサイクルを実現するための往復流をポンプによって提供することができるとともに、そのポンプを利用して、低温端と主たる熱源との間の循環流と、高温端と熱負荷との間の循環流とを提供することができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、磁気熱量素子は、第１の磁気熱量素子ユニット（４０）に設けられ、一端に中間低温端（１３）を有し、反対の他端に高温端（１１）を有する第１の磁気熱量素子（４９、２４９）と、第２の磁気熱量素子ユニット（５０）に設けられ、一端に低温端（１２）を有し、反対の他端に中間高温端（１４）を有する第２の磁気熱量素子（５９、２５９）とを備える。さらに、磁場切換装置は、第１の磁気熱量素子ユニットに設けられ、回転することにより第１の磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを切換える第１の永久磁石（４５）と、第２の磁気熱量素子ユニットに設けられ、回転することにより第２の磁気熱量素子への磁場の印加と除去とを切換える第２の永久磁石（５５）とを備える。さらに、ポンプは、第１の磁気熱量素子ユニット（４０、２４０）において中間低温端（１３）から高温端（１１）に向けて熱輸送媒体を流すときに、高温端から高温側循環流路に熱輸送媒体を吐出する。さらに、ポンプは、第１の磁気熱量素子ユニット（４０、２４０）において高温端（１１）から中間低温端（１３）に向けて熱輸送媒体を流すときに、高温側循環流路から高温端に熱輸送媒体を吸い込む。さらに、ポンプは、第２の磁気熱量素子ユニット（５０、２５０）において中間高温端（１４）から低温端（１２）に向けて熱輸送媒体を流すときに、低温端から低温側循環流路に熱輸送媒体を吐出する。さらに、ポンプは、第２の磁気熱量素子ユニット（５０、２５０）において低温端（１２）から中間高温端（１４）に向けて熱輸送媒体を流すときに、低温側循環流路から低温端に熱輸送媒体を吸い込む。この構成によると、第１の磁気熱量素子と第２の磁気熱量素子とを含む複数の磁気熱量素子によってＭＨＰ装置を提供することができる。
【００２２】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（以下、ＭＨＰ装置という）を含む車両用空調装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図３】第１実施形態のＭＨＰ装置の断面図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係るＭＨＰ装置を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した第３実施形態に係るＭＨＰ装置を含む車両用空調装置を示すブロック図である。
【図６】本発明を適用した第４実施形態に係るＭＨＰ装置を含む車両用空調装置を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第５実施形態に係るＭＨＰ装置を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態および第２実施形態に適用可能な磁気熱量素子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２を含む車両用空調装置１を示すブロック図である。車両用空調装置１は、車両に搭載され、車両の乗員室の温度を調節する。車両用空調装置１は、車両の室内に設けられ、室内の空気と熱交換する室内熱交換器３を備える。室内熱交換器３は、高温側熱交換器３とも呼ばれる。車両用空調装置２は、車両の室外に設けられ、室外の空気と熱交換する室外熱交換器４を備える。室外熱交換器４は、低温側熱交換器４とも呼ばれる。
【００２６】
車両用空調装置１は、磁気熱量素子の磁気熱量効果を利用した磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２を備える。磁気熱量効果型ヒートポンプ装置２はＭＨＰ（Magneto-caloric effectHeat Pump）装置２とも呼ばれる。この明細書においてヒートポンプ装置の語は広義の意味で使用される。すなわち、ヒートポンプ装置の語には、ヒートポンプ装置によって得られる冷熱を利用する装置と、ヒートポンプ装置によって得られる温熱を利用する装置との両方が含まれる。冷熱を利用する装置は、冷凍サイクル装置とも呼ばれることがある。よって、この明細書においてヒートポンプ装置の語は冷凍サイクル装置を包含する概念として使用される。この実施形態では、ＭＨＰ装置２は、室外の空気の熱を吸収し、室内の空気を暖める暖房装置を提供する。
【００２７】
ＭＨＰ装置２は、動力源としてのモータ２０と、熱輸送媒体を流すためのポンプ３０と、磁気熱量素子を収容した第１の磁気熱量素子ユニット４０と、磁気熱量素子を収容した第２の磁気熱量素子ユニット５０と、変速機７０、８０とを備える。磁気熱量素子は、外部磁場の印加により発熱し、外部磁場の除去により吸熱する。磁気熱量素子ユニット４０、５０は、ＭＣＤ（Magneto-Caloric effectDevice）ユニット４０、５０とも呼ばれる。
【００２８】
ＭＨＰ装置２は、高温端１１に温熱を供給し、低温端１２に冷熱を供給する。ＭＨＰ装置２が運転されると、ＭＨＰ装置２に内蔵された磁気熱量素子は、高温端１１において高温となり、低温端１２において低温となる。ＭＨＰ装置２が供給する冷熱と温熱とは、ポンプ３０によって流される熱輸送媒体によって輸送される。熱輸送媒体は、水である。以下、ＭＨＰ装置２の熱輸送媒体を作業水と呼ぶ。高温端１１から、高温の作業水が流れ出し、温熱が外部に供給される。作業水は、外部に温熱を供給した後に、高温端１１へ戻る。このとき、高温端１１に冷熱が運び込まれる。低温端１２から、低温の作業水が流れ出し、冷熱が外部に供給される。作業水は、外部に冷熱を供給した後に、低温端１２へ戻る。このとき、低温端１２に温熱が運び込まれる。
【００２９】
この実施形態では、ＭＨＰ装置２は、複数のＭＣＤユニット４０、５０を備える。高温側のＭＣＤユニット４０は、中間低温端１３に冷熱を供給する。低温側のＭＣＤユニット５０は、中間高温端１４に温熱を供給する。中間低温端１３と中間高温端１４との間は、変速機７０、８０、ポンプ３０、およびそれらの間に存在する熱輸送媒体によって熱的に結合されている。中間低温端１３と中間高温端１４との間には、高温端１１と低温端１２との間に所定の温度勾配を形成するために十分な熱的な結合が提供されている。
【００３０】
車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２と室内熱交換器３とを通る高温側循環流路１５を備える。高温側循環流路１５を流れる作業水は、ＭＨＰ装置２から室内熱交換器３へ熱を輸送する。車両用空調装置１は、ＭＨＰ装置２と室外熱交換器４とを通る低温側循環流路１６を備える。低温側循環流路１６を流れる作業水は、室外熱交換器４からＭＨＰ装置１へ熱を輸送する。車両用空調装置１は、室外の空気を主たる熱源とする。また、車両用空調装置１は、室内の空気を熱負荷とする。よって、車両用空調装置１は、暖房装置を提供する。ＭＨＰ装置２は、主たる熱源としての室外熱交換器４の熱を、熱負荷としての室内熱交換器３に供給する。
【００３１】
車両用空調装置１は、補助熱源装置５を備える。補助熱源装置５は、車両の走行用動力装置によって提供される。補助熱源装置５は、走行用動力装置の廃熱をＭＨＰ装置２に供給する。走行用動力装置は、電池（ＢＡＴＴ）６と、電池６から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ装置（ＩＮＶ）７と、車両の駆動輪を駆動するモータ（ＶＨ−ＭＴＲ）８とを備える。この実施形態では、車両の走行用のモータ８へ給電するインバータ装置７によって発熱体が提供される。インバータ装置７の廃熱がＭＨＰ装置１に供給される。インバータ装置７には、スイッチング用の半導体素子を冷却するための熱輸送媒体が供給されている。熱輸送媒体は、水である。以下、インバータ装置７を冷却するための水は、冷却水と呼ばれる。冷却水は、ポンプ９によって循環回路に流される。
【００３２】
車両用空調装置１は、補助熱源装置５から供給される冷却水の熱を、ＭＨＰ装置２に供給するための熱交換器９０を備える。熱交換器９０は、インバータ装置７の廃熱を、ＭＣＤユニット４０に伝達する。より詳細には、熱交換器９０は、インバータ装置７の廃熱を、ＭＣＤユニット４０内に収容された作業水および磁気熱量素子に伝達する。
【００３３】
図２は、第１実施形態のＭＨＰ装置２の断面図である。図３は、第１実施形態のＭＨＰ装置２の断面図である。図２は、図３に示されたＩＩ-ＩＩ断面を示す。図３は、図２に示されたＩＩＩ-ＩＩＩ断面を示す。
【００３４】
ＭＨＰ装置２の動力源として設けられたモータ（ＭＴＲ）２０は、車載の電池によって駆動される。モータ２０は、ポンプ３０を駆動する。これにより、モータ２０とポンプ３０とは、作業水の流れを生じさせる。また、モータ２０は、ＭＣＤユニット４０、５０における永久磁石を回転駆動する。これにより、モータ２０とＭＣＤユニット４０、５０とは、磁気熱量素子へ外部磁場を印加する状態と、磁気熱量素子から外部磁場を除去した状態（外部磁場を印加しない状態）との間での交互切換を生じさせる。
【００３５】
ポンプ３０は、磁気熱量素子をＡＭＲ(ActiveMagnetic Refrigeration)サイクルとして機能させるための作業水の往復流をＭＣＤユニット４０、５０内に生じさせる。さらに、ポンプ３０は、ＭＣＤユニット４０、５０によって得られた冷熱および／または温熱を、外部に供給するための作業水の循環流を生じさせる。循環流は、作業水がＭＣＤユニット４０、５０から出て、再びＭＣＤユニット４０、５０に戻る流れである。この循環流は、作業水が高温端１１から出て、高温側循環流路１５を通り、再び高温端１１に戻る高温側外部循環流を含むことができる。さらに、循環流は、作業水が低温端１２から出て、低温側循環流路１６を通り、再び低温端に戻る低温側外部循環流を含むことができる。この実施形態では、ポンプ３０は、低温側外部循環流と、高温側外部循環流との両方を生じさせる。
【００３６】
ポンプ３０は、容積型の往復流ポンプである。ポンプ３０は、斜板型のピストンポンプである。ポンプ３０は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング３１を備える。ハウジング３１は、その中心軸上に回転軸３２を回転可能に支持している。ハウジング３１は、少なくともひとつのシリンダ３３を区画形成している。ハウジング３１は、回転軸３２の周囲に、等間隔に配置された複数のシリンダ３３を区画形成している。この実施形態では、ハウジング３１は、５つのシリンダ３３を区画形成している。ハウジング３１は、斜板３４を収容している。斜板３４は、ハウジング３１の中心軸に対して所定角度だけ傾斜して回転可能に支持されている。斜板３４は、回転軸３２とともに回転するように回転軸３２に連結されている。ひとつのシリンダ３３には、２つのピストン３５、３６が配置されている。２つのピストン３５、３６の間には、斜板３４が位置している。一方のピストン３５は、シリンダ３３の図中の右半部の中を往復移動することができる。他方のピストン３６は、シリンダ３３の図中の左半部の中を往復移動することができる。この結果、ひとつのシリンダ３３の中に、２気筒の容積型のピストンポンプが形成される。これら２気筒の容積は、相補的に増減する。これら２気筒は、低温端１２から中間高温端１４へ向かう流れと、中間低温端１３から高温端１１へ向かう流れとを同時に生成する。また、これら２気筒は、高温端１１から中間低温端１３へ向かう流れと、中間高温端１４から低温端１２へ向かう流れとを同時に生成する。
【００３７】
ハウジング３１は、５つのシリンダ３３を有するから、ポンプ３０は１０気筒のピストンポンプを提供する。別の観点では、ポンプ３０は、斜板３４の両側にピストン３５、３６を持つことにより、右側に位置する第１ポンプ群と、左側に位置する第２ポンプ群とを提供しているといえる。第１ポンプ群は、第１のＭＣＤユニット４０のためのポンプである。第２ポンプ群は、第２のＭＣＤユニット５０のためのポンプである。
【００３８】
ＭＣＤユニット４０と、ＭＣＤユニット５０とは、ポンプ３０の両側に分かれて配置されている。ＭＣＤユニット４０とＭＣＤユニット５０とは、ポンプ３０の両側において、左右対称に構成され、そのように配置されている。ＭＣＤユニット４０とＭＣＤユニット５０とは、それらの全体によって高温端１１に温熱を供給し、低温端１２に冷熱を供給するひとつのＭＣＤユニットを構成しているといえる。
【００３９】
ＭＣＤユニット４０、５０は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング４１、５１を備える。ハウジング４１、５１は、その中心軸上に回転軸４２、５２を回転可能に支持している。ハウジング４１、５１は、回転軸４２、５２の周囲に、円柱状の空間である磁石収容室４３、５３を区画形成している。回転軸４２、５２には、ロータコア４４、５４が固定されている。ロータコア４４、５４は、その周方向に沿って磁束を通しやすい範囲と、磁束を通しにくい範囲とを形成するように構成されている。ロータコア４４、５４は、その断面において、少なくともひとつの扇状部分を有する。この実施形態では、ロータコア４４、５４は、２つの扇状部分を有する。ロータコア４４、５４には、永久磁石４５、５５が固定されている。永久磁石４５、５５は、部分円筒状であり、その断面が扇型である。永久磁石４５、５５は、ロータコア４４、５４の扇状部分の外周面に固定されている。
【００４０】
ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、それらの周囲に、永久磁石４５、５５が提供する外部磁場が強くなる領域と、永久磁石４５、５５が提供する外部磁場が弱くなる領域とを形成する。外部磁場が弱くなる領域では、外部磁場がほぼ除去された状態が提供される。ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、回転軸４２、５２の回転に同期して回転する。よって、外部磁場が強い領域と、外部磁場が弱い領域とは、回転軸４２、５２の回転に同期して回転する。この結果、ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５との周囲の一点においては、外部磁場が強く印加される期間と、外部磁場が弱くなりほぼ除去された期間とが繰り返して生じる。したがって、ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、外部磁場の印加および除去を繰り返す磁場印加除去手段を提供する。ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とは、磁気熱量素子４９、５９への外部磁場の印加と除去とを切換える磁場切換装置を提供する。磁場切換装置は、第１の永久磁石４５と、第２の永久磁石５５とを備える。第１の永久磁石４５は、第１のＭＣＤユニット４０に設けられ、回転することにより第１の磁気熱量素子４９への磁場の印加と除去とを切換える。第２の永久磁石５５は、第２のＭＣＤユニットに設けられ、回転することにより第２の磁気熱量素子５９への磁場の印加と除去とを切換える。なお、磁場の語は磁界と読み替えることができる。
【００４１】
ハウジング４１、５１は、少なくともひとつの作業室４６、５６を区画形成している。作業室４６、５６は、磁石収容室４３、５３に隣接して設けられている。ハウジング４１、５１は、磁石収容室４３、５３の径方向外側に、等間隔に配置された複数の作業室４６、５６を区画形成している。この実施形態では、ひとつのハウジング４１は、５つの作業室４６を区画形成している。ひとつのハウジング５１は、５つの作業室５６を区画形成している。それぞれの作業室４６、５６は、ハウジング４１、５１の軸方向に沿って長手方向を有する柱状空間を形成している。ひとつの作業室４６、５６は、ひとつのシリンダ３３だけに対応するように設けられている。ひとつのシリンダ３３の両側に、作業室４６と作業室５６とが配置されている。
【００４２】
ひとつの作業室４６は、その一端に作業水が出入りする第１の出入口部を有する。第１の出入口部は、室内熱交換器３へ作業水を供給する出口４７と、室内熱交換器３から戻る作業水を受け入れる入口４８とを有する。出口４７には、作業室５６からの作業水の流出だけを許容する逆止弁が設けられている。入口４８には、作業室５６への作業水の流入だけを許容する逆止弁が設けられている。これら逆止弁は、リードバルブ、またはボールバルブによって提供することができる。また、ひとつの作業室４６は、その他端にポンプ３０に連通する第２の出入口部を有する。第２の出入口部は、ひとつのシリンダ３３とひとつのピストン３５とによって形成されるひとつのポンプ室だけと連通している。
【００４３】
ひとつの作業室５６は、その一端に作業水が出入りする第１の出入口部を有する。第１の出入口部は、室外熱交換器４へ作業水を供給する出口５７と、室外熱交換器４から戻る作業水を受け入れる入口５８とを有する。出口５７には、作業室５６からの作業水の流出だけを許容する逆止弁が設けられている。入口５８には、作業室５６への作業水の流入だけを許容する逆止弁が設けられている。これら逆止弁は、リードバルブ、またはボールバルブによって提供することができる。また、ひとつの作業室５６は、その他端にポンプ３０に連通する第２の出入口部を有する。第２の出入口部は、ひとつのシリンダ３３とひとつのピストン３６とによって形成されるひとつのポンプ室だけと連通している。
【００４４】
作業室４６、５６は、冷媒としての作業水が流通する流路を提供する。作業室４６、５６内には、その長手方向に沿って作業水が流れる。作業水は、作業室４６、５６内を長手方向に沿って往復するように流れる。
【００４５】
さらに、作業室４６、５６は、磁気熱量素子４９、５９を収容する収容室を提供する。ハウジング４１、５１は、作業室４６、５６が形成された容器を提供している。作業室４６、５６の中には、磁気熱量効果を有する磁気作業物質としての磁気熱量素子４９、５９が配置されている。磁気熱量素子４９、５９は、外部磁場が印加されることによって電子スピンが磁場方向に揃うと、磁気エントロピーが減少し、熱を放出することによって温度が上昇する。また、磁気熱量素子４９、５９は、外部磁場が除去されることによって電子スピンが乱雑になると、磁気エントロピーが増加し、熱を吸収することによって温度が低下する。磁気熱量素子４９、５９は、常温域において高い磁気熱量効果を発揮する磁性体によって作られている。例えば、ガドリウム系材料、またはランタン−鉄−シリコン化合物を用いることができる。また、マンガン、鉄、リンおよびゲルマニウムの混合物を用いることができる。
【００４６】
磁気熱量素子４９、５９は、ＭＣＤユニット４０、５０の軸方向に沿って長手方向を有する棒状に形成されている。磁気熱量素子４９、５９は、作業室４６、５６内を流れる作業水と十分に熱交換できる形状に形成されている。それぞれの磁気熱量素子４９、５９は、素子ベッドとも呼ばれる。この実施形態では、高温端１１と低温端１２との間に設けられた磁気熱量素子は、第１の磁気熱量素子４９と、第２の磁気熱量素子５９とを備える。第１の磁気熱量素子４９は、第１のＭＣＤユニット４０に設けられ、一端に中間低温端１３を有し、反対の他端に高温端１１を有する。第２の磁気熱量素子５９は、第２のＭＣＤユニット５０に設けられ、一端に低温端１２を有し、反対の他端に中間高温端１４を有する。
【００４７】
磁気熱量素子４９、５９は、ロータコア４４、５４と永久磁石４５、５５とによって印加、または除去される外部磁場の影響下に置かれる。すなわち、回転軸４２、５２が回転すると、磁気熱量素子４９、５９を磁化させるための外部磁場が印加された状態と、磁気熱量素子４９、５９から上記外部磁場が除去された状態とが交互に切換えられる。
【００４８】
ひとつの磁気熱量素子４９は、複数の素子ユニット６０−６４を備える。複数の素子ユニット６０−６４は、磁気熱量素子４９の長手方向、すなわち作業水の流れ方向に沿って積層されて配置されている。複数の素子ユニット６０−６４のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の素子ユニット６０−６４は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。高温端１１に近い素子ユニット６０は、定常運転状態において高温端１１に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。また、中間低温端１３に近い素子ユニット６４は、定常運転状態において中間低温端１３に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
【００４９】
ひとつの磁気熱量素子５９は、複数の素子ユニット６５−６９を備える。複数の素子ユニット６５−６９は、磁気熱量素子５９の長手方向、すなわち作業水の流れ方向に沿って積層されて配置されている。複数の素子ユニット６５−６９のそれぞれを構成する材料は、キュリー温度が異なる。複数の素子ユニット６５−６９は、異なる温度帯において高い磁気熱量効果（ΔＳ（Ｊ／ｋｇＫ））を発揮する。低温端１２に近い素子ユニット６９は、定常運転状態において低温端１２に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。また、中間高温端１４に近い素子ユニット６５は、定常運転状態において中間高温端１４に現れる温度の近傍において高い磁気熱量効果を発揮する材料組成を有する。
【００５０】
高い磁気熱量効果が発揮される温度帯は、高効率温度帯と呼ばれる。高効率温度帯の上限温度と下限温度とは、磁気熱量素子４９の材料組成などに依存する。複数の素子ユニット６０−６４は、高温端１１と中間低温端１３との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の素子ユニット６０−６４の高効率温度帯は、高温端１１と中間低温端１３との間において、高温端１１から徐々に低下する階段状の分布を示す。この高効率温度帯の階段状の分布は、定常状態における高温端１１と中間低温端１３との間の温度分布にほぼ対応する。複数の素子ユニット６５−６９は、中間高温端１４と低温端１２との間において高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の素子ユニット６５−６９の高効率温度帯は、中間高温端１４と低温端１２との間において、中間高温端１４から徐々に低下する階段状の分布を示す。この高効率温度帯の階段状の分布は、定常状態における中間高温端１４と低温端１２との間の温度分布にほぼ対応する。
【００５１】
さらに、この実施形態では、複数のＭＣＤユニット４０、５０に属する複数の磁気熱量素子４９、５９は、熱的に直列接続されたひとつの磁気熱量素子を構成しているといえる。複数の素子ユニット６０−６９は、高温端１１と低温端１２との間において、高効率温度帯が並ぶように直列に配列されている。言い換えると、複数の素子ユニット６０−６９の高効率温度帯は、階段状の分布を示す。この高効率温度帯の階段状の分布は、定常状態における高温端１１と低温端１２との間の温度分布にほぼ対応する。
【００５２】
また、この実施形態では、ひとつのＭＣＤユニット４０、５０は、熱的に並列接続された複数の磁気熱量素子４９、５９を備える。例えば、ＭＣＤユニット４０においては、５つの磁気熱量素子４９が熱的に並列接続されている。また、ＭＣＤユニット５０においては、５つの磁気熱量素子５９が熱的に並列接続されている。
【００５３】
変速機７０は、ポンプ３０の回転軸３２とＭＣＤユニット４０の回転軸４２との間に設けられている。変速機７０は、回転軸３２と回転軸４２との間の回転速度、および／または回転位相を調節する。変速機８０は、ポンプ３０の回転軸３２とＭＣＤユニット５０の回転軸５２との間に設けられている。変速機８０は、回転軸３２と回転軸５２との間の回転速度、および／または回転位相を調節する。この実施形態では、回転軸５２にモータ２０が接続されている。変速機７０、８０は、ＡＭＲサイクルが実現されるようにポンプ３０とＭＣＤユニット４０、５０とが運転されるように、回転軸３２と、回転軸４２と、回転軸５２との回転関係を調節する。
【００５４】
ポンプ３０とＭＣＤユニット４０との間には、作業水の通路を形成する通路形成部材７１が設けられている。通路形成部材７１は、ひとつのシリンダ３３とひとつの作業室４６とを連通する流路を形成している。ポンプ３０とＭＣＤユニット５０との間には、作業水の通路を形成する通路形成部材８１が設けられている。通路形成部材８１は、ひとつのシリンダ３３とひとつの作業室５６とを連通する流路を形成している。
【００５５】
この実施形態では、ポンプ３０の右半部に形成された多気筒のピストンポンプとＭＣＤユニット４０とによって、複数のＭＨＰユニットが構成されている。具体的には、５つのＭＨＰユニットが構成されている。これら複数のＭＨＰユニットは、熱的に並列接続されている。また。ポンプ３０の左半部に形成された多気筒のピストンポンプとＭＣＤユニット５０とによって、複数のＭＨＰユニットが構成されている。具体的には、５つのＭＨＰユニットが構成されている。これら複数のＭＨＰユニットは、熱的に並列接続されている。さらに、ポンプ３０の両側に配置された複数のＭＨＰユニットは、熱的に直列接続されている。
【００５６】
補助熱源装置５の熱交換器９０は、ハウジング４１の外側に設けられている。熱交換器９０は、ハウジング４１の外側に設けられたハウジング９１を備える。ハウジング９１は、ハウジング４１の周囲を取り囲む環状に形成されている。ハウジング９１は、ハウジング４１の径方向外側に、冷却水を流すためのジャケット９２を区画形成する。ハウジング９１は、冷却水の入口と、冷却水の出口とを形成している。ジャケット９２には、ポンプ９によって循環されるインバータ装置７のための冷却水が流れる。熱交換器９０は、冷却水とハウジング４１との熱交換を促進するための複数のフィン９３を備える。フィン９３により、インバータ装置７の廃熱がハウジング４１に伝達されやすくなる。ハウジング４１に伝達された熱は、作業水に伝達され、さらに磁気熱量素子４９に伝達される。よって、補助熱源装置５は、作業水を介して磁気熱量素子４９にインバータ装置７の熱を与える。この構成によると、作業水を利用して磁気熱量素子４９にインバータ装置７の熱を与えることができる。また、インバータ装置７の熱を作業水に伝達する熱交換器９０を備えることにより、高効率の熱伝達が可能となる。
【００５７】
熱交換器９０は、ＭＨＰ装置２に熱を与えるように配置されている。これにより、インバータ装置７の廃熱によってＭＨＰ装置２を加熱することができる。ＭＨＰ装置２は、高温端１１に熱を輸送するから、室外熱交換器４によって吸収された熱に加えて、インバータ装置７の廃熱が高温端１１に輸送される。この結果、室内熱交換器３による暖房効果を高めることができる。また、ＭＨＰ装置２の始動時においては、インバータ装置７の廃熱によって暖房の立ち上がりを速くすることができる。また、冬などの低温環境においては、インバータ装置７の廃熱によって、ＭＨＰ装置２を暖めることができる。
【００５８】
熱交換器９０は、ＭＨＰ装置２の熱的な中間部分、または熱的な中央部分より高温端１１に近い部位に設けられている。これにより、暖房装置として利用されるＭＨＰ装置２に適した加熱が可能となる。言い換えると、補助熱源装置５は、高温端１１と低温端１２との間の中間位置、または高温端１１と中間低温端１３との間の中間位置から磁気熱量素子４９にインバータ装置７の熱を与える。この構成によると、磁気熱量素子４９の中間位置を暖めることができる。これにより、インバータ装置７の熱を高温端１１へ効率的に汲み上げることができる。また、インバータ装置７の熱が、ＭＨＰ装置２の始動時に与えられる場合には、磁気熱量素子４９を中間位置から暖めることにより、その始動を補助することができる。
【００５９】
言い換えると、補助熱源装置５は、低温端１２と高温端１１との間の中央部１３、１４よりも高温端１１に近い位置から磁気熱量素子４９にインバータ装置７の熱を与える。この構成によると、インバータ装置７の熱を高温端へ効率的に汲み上げることができる。また、高温端の温度上昇が助けられるため、ＭＨＰ装置２の始動を補助することができる。
【００６０】
熱交換器９０は、ＭＣＤユニット４０だけに熱を与えるように配置されている。これにより、複数のＭＣＤユニット４０、５０のうちの高温側のＭＣＤユニット４０にインバータ装置７の廃熱を与えることができる。これにより廃熱を高温端１１に伝達しやすい構成が提供される。
【００６１】
熱交換器９０は、定常時の冷却水の温度に対応する高効率温度帯をもつ素子ユニット６３に熱を与えるように配置されている。インバータ装置７が運転されるとき、冷却水の温度は、ほぼ一定の温度になる。冷却水の熱は、熱交換器９０からハウジング４１に伝達され、その後、ハウジング４１から作業水に伝達され、さらに作業水から素子ユニット６３に伝達される。素子ユニット６３は、高効率温度帯において高い磁気熱量効果を発揮する。よって、インバータ装置７の廃熱を、素子ユニット６３によって効率的に吸収し高温端１１に伝達することができる。
【００６２】
この構成によると、インバータ装置７から供給される熱の温度に対応する高効率温度帯を有する素子ユニット６３に、インバータ装置７の熱が与えられる。このため、素子ユニット６３は、インバータ装置７の熱を効率的に汲み上げることができる。
【００６３】
車両用空調装置１は、制御装置（ＣＮＴＲ）１０を備える。制御装置１０は、車両用空調装置１の制御可能な複数の要素を制御する。例えば、制御装置１０は、ＭＨＰ装置２の作動と停止とを少なくとも切換えるようにモータ２０を制御する。また、制御装置１０は、変速機７０、８０による回転速度および／または回転位相の変換状態を切換えるように変速機７０、８０を制御することができる。また、制御装置１０は、インバータ装置７からＭＨＰ装置２への廃熱の供給を少なくとも断続するようにポンプ９を制御することができる。さらに、制御装置１０は、インバータ装置７からの廃熱量を調節するようにインバータ装置７を制御することができる。
【００６４】
制御装置１０は、冬期、または寒冷地におけるＭＨＰ装置２の起動時に、暖機制御を実行する暖機手段を提供することができる。暖機制御においては、ＭＨＰ装置２の起動に要する起動時間を短縮するために、ＭＨＰ装置２が暖められる。暖機手段は、低温環境においてＭＨＰ装置２を起動するときに、ＭＨＰ装置２の起動に先立って、またはＭＨＰ装置２の起動とほぼ同時にポンプ９を起動する。これにより、ＭＨＰ装置２の温度、特に磁気熱量素子４９、５９の温度を早期に上昇させることができる。さらに、暖機手段は、ＭＨＰ装置２を起動する際に、インバータ装置７の発熱量を通常時より増加させるようにインバータ装置７を制御する。これにより、ＭＨＰ装置２を早期に暖めることができる。
【００６５】
また、制御装置１０は、インバータ装置７および／またはポンプ９を制御することにより、インバータ装置７からＭＨＰ装置２に与えられる熱量を制御する補助熱量制御手段を提供する。例えば、補助熱量制御手段は、インバータ装置７の発熱量を調節することによって、ＭＨＰ装置２が室外の空気から汲み上げる熱量を調節する。
【００６６】
制御装置１０は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置１０によって実行されることによって、制御装置１０をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１０を機能させる。制御装置１０が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。
【００６７】
次に、車両用空調装置１の作動を説明する。モータ２０が回転すると、回転軸５２が回転する。回転軸５２の回転により、ロータコア５４と永久磁石５５とが回転する。これにより、複数の磁気熱量素子５９は、永久磁石５５による外部磁場が印加された状態と、永久磁石５５による外部磁場が除去された状態とに交互におかれる。
【００６８】
回転軸５２の回転は、変速機８０を介して回転軸３２に伝達される。回転軸３２が回転すると、斜板３４が回転する。斜板３４が回転すると、斜板３４の径方向外側の部位は、軸方向に移動する。このような斜板３４の軸方向への移動によって、ピストン３５、３６が軸方向に往復移動する。ピストン３５、３６が軸方向に往復移動すると、シリンダ３３内の容積が増減する。シリンダ３３内の容積の増減に応じて、作業水がシリンダ３３内から流出し、または流入する。
【００６９】
図示されたピストン３６は、シリンダ３３の左半部の容積を増減させる。ピストン３６の往復移動により、作業室５６内に作業水の往復流が生成される。作業水が中間高温端１４から低温端１２に向けて流れるとき、磁気熱量素子５９の冷熱が中間高温端１４から低温端１２に向けて輸送される。さらに、低温端１２の付近にある作業水の一部は、出口５７を通して低温側循環流路１６に流出する。低温側循環流路１６に出た作業水は、室外熱交換器４を通過する。このとき作業水は、室外の空気によって加熱される。すなわち、作業水は、室外の空気を冷却する。作業水が低温端１２から中間高温端１４に向けて流れるとき、磁気熱量素子５９の温熱が低温端１２から中間高温端１４に向けて輸送される。このとき、作業水が低温側循環流路１６から作業室５６へ流入する。
【００７０】
さらに、回転軸３２の回転は、変速機７０を介して回転軸４２に伝達される。回転軸４２の回転により、ロータコア４４と永久磁石４５とが回転する。これにより、複数の磁気熱量素子４９は、永久磁石４５による外部磁場が印加された状態と、永久磁石４５による外部磁場が除去された状態とに交互におかれる。
【００７１】
図示されたピストン３５は、シリンダ３３の右半部の容積を増減させる。ピストン３５の往復移動により、作業室４６内に作業水の往復流が生成される。作業水が中間低温端１３から高温端１１に向けて流れるとき、磁気熱量素子４９の温熱が中間低温端１３から高温端１１に向けて輸送される。さらに、高温端１１の付近にある作業水の一部は、出口４７を通して高温側循環流路１５に流出する。高温側循環流路１５に出た作業水は、室内熱交換器３を通過する。このとき作業水は、室内の空気を加熱する。すなわち、作業水は、室内の空気によって冷却される。作業水が高温端１１から中間低温端１３に向けて流れるとき、磁気熱量素子４９の冷熱が高温端１１から中間低温端１３に向けて輸送される。このとき、作業水が高温側循環流路１５から作業室４６へ流入する。
【００７２】
変速機８０は、ＭＣＤユニット５０による外部磁場の印加と除去との切換えと、ポンプ３０による作業水の往復流の方向の切換えとが、ＡＭＲサイクルを実現する組み合わせとなるように、回転軸５２と回転軸３２との回転を同期させる。変速機７０は、ＭＣＤユニット４０による外部磁場の印加と除去との切換えと、ポンプ３０による作業水の往復流の方向の切換えとが、ＡＭＲサイクルを実現する組み合わせとなるように、回転軸４２と回転軸３２との回転を同期させる。
【００７３】
ＡＭＲサイクルを実現するために、外部磁場の印加と除去との切換えと、作業水の往復流の方向の切換えとは、以下の（１）−（４）の工程が繰り返されるように組み合わせられる。ＡＭＲサイクルによると、熱が段階的に徐々に輸送されるため、高い効率が得られる。
【００７４】
（１）磁場印加除去手段４４、４５、５４、５５によって磁気熱量素子４９、５９に外部磁場を印加する。
【００７５】
（２）磁場が印加されている期間に、ポンプ３０によって低温端１２から中間高温端１４、および中間低温端１３から高温端１１へ向けて作業水を流す。
【００７６】
（３）磁場印加除去手段４４、４５、５４、５５によって磁気熱量素子４９、５９から外部磁場を除去する。
【００７７】
（４）外部磁場が除去されている期間に、ポンプ３０によって中間高温端１４から低温端１２、および高温端１１から中間低温端１３へ向けて作業水を流す。
【００７８】
ポンプ３０の左半部とＭＣＤユニット５０とによって上記（１）−（４）の工程が繰り返されると、磁気熱量効果により生成された冷熱は低温端１２に向けて輸送され、磁気熱量効果により生成された温熱は中間高温端１４に向けて輸送される。このとき、磁気熱量素子５９と作業水とは、それ自身が温熱と冷熱とを蓄える熱溜めとなる。上記工程が繰り返されることにより、作業室５６の内部は徐々に大きい温度勾配をもつ熱溜めとなる。やがて、定常的な運転状態では、両端、すなわち低温端１２と中間高温端１４との間に大きな温度差が生じる。中間高温端１４に輸送された温熱は、変速機８０、ポンプ３０、および変速機７０を経由して、ＭＣＤユニット４０に伝達される。
【００７９】
ポンプ３０の右半部とＭＣＤユニット４０とによって上記（１）−（４）の工程が繰り返されると、磁気熱量効果により生成された冷熱は中間低温端１３に向けて輸送され、磁気熱量効果により生成された温熱は高温端１１に向けて輸送される。このとき、磁気熱量素子４９と作業水とは、それ自身が温熱と冷熱とを蓄える熱溜めとなる。上記工程が繰り返されることにより、作業室４６の内部は徐々に大きい温度勾配をもつ熱溜めとなる。やがて、定常的な運転状態では、両端、すなわち中間低温端１３と高温端１１との間に大きな温度差が生じる。中間低温端１３に輸送された冷熱は、変速機７０、ポンプ３０、および変速機８０を経由して、ＭＣＤユニット５０に伝達される。
【００８０】
このように、この実施形態では、ポンプ３０は、磁気熱量素子４９、５９に外部磁場が印加されているときに低温端１２から高温端１１に向けて作業水を流し、磁気熱量素子４９、５９から外部磁場が除去されているときに高温端１１から低温端１２に向けて熱輸送媒体を流す。さらに、ポンプ３０は、低温端１２から高温端１１に向けて作業水を流すときに、高温端１１から高温側循環流路１５に作業水を吐出するとともに、低温側循環流路１６から低温端１２に作業水を吸い込む。さらに、ポンプ３０は、高温端１１から低温端１２に向けて作業水を流すときに、低温端１２から低温側循環流路１６に作業水を吐出するとともに、高温側循環流路１５から高温端１１に作業水を吸い込む。第１のＭＣＤユニット４０だけに着目すると、ポンプ３０は、中間低温端１３から高温端１１に向けて作業水を流すときに、高温端１１から高温側循環流路１５に作業水を吐出する。さらに、ポンプ３０は、高温端１１から中間低温端１３に向けて作業水を流すときに、高温側循環流路１５から高温端１１に作業水を吸い込む。また、第２のＭＣＤユニット５０だけに着目すると、ポンプ３０は、中間高温端１４から低温端１２に向けて作業水を流すときに、低温端１２から低温側循環流路１６に作業水を吐出する。さらに、ポンプ３０は、低温端１２から中間高温端１４に向けて熱輸送媒体を流すときに、低温側循環流路１６から低温端１２に作業水を吸い込む。
【００８１】
ＭＣＤユニット４０とポンプ３０とＭＣＤユニット５０とは、一連のＭＨＰ装置２として機能する。この結果、低温端１２と高温端１１との間に大きな温度差が生じる。低温端１２から流出した低温の作業水は、室外熱交換器４において室外の空気から熱を吸熱し、再び低温端１２に戻ることによって低温端１２に熱を供給する。ＭＨＰ装置２は、低温端１２に供給された熱を高温端１１へ汲み上げる。高温端１１から流出した高温の作業水は、室内熱交換器３において室内の空気に熱を放熱し、再び高温端１１に戻ることによって高温端１１から熱を受け取る。
【００８２】
インバータ装置７は、電池６から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ８に供給する。インバータ装置７のスイッチング素子は、冷却水によって冷却される。制御装置１０によってポンプ９が駆動されると、インバータ装置７の熱が熱交換器９０に供給される。熱交換器９０は、冷却水によってＭＨＰ装置２を暖める。これにより、低温環境においても、ＭＨＰ装置２を早期に起動することができる。
【００８３】
さらに、熱交換器９０は、ＭＨＰ装置２に熱を供給する熱源としても機能する。インバータ装置７の廃熱がＭＨＰ装置２に供給されるから、ＭＨＰ装置２の高温端１１に得られる熱量が増加する。この結果、室内熱交換器３において得られる暖房用の熱量が増加する。
【００８４】
しかも、熱交換器９０は、定常時の冷却水の温度にほぼ等しい高効率温度帯をもつ素子ユニット６３に熱を与えるように配置されている。言い換えると、熱交換器９０は、定常時の冷却水の温度において高い磁気熱量効果を発揮する素子ユニット６３に熱を与えるように配置されている。このため、冷却水の熱が効率的にＭＨＰ装置２に吸熱される。
【００８５】
この実施形態によると、車両における廃熱源であるインバータ装置７を発熱体として、その熱をＭＨＰ装置２に利用することができる。しかも、ＭＨＰ装置２は、室外の空気を主要な熱源として運転することができる上に、さらに加えて、補助的な熱源としてインバータ装置７の熱を利用することができる。また、ＭＨＰ装置２は、インバータ装置７から供給される温度に対応する高効率温度帯を有するＭＣＤユニットに、インバータ装置７から供給される熱を与えるから、効率的にインバータ装置７の熱を利用することができる。さらに、インバータ装置７から供給される熱によってＭＨＰ装置２を予熱することができる。これにより、低温状態からのＭＨＰ装置２の始動を補助するために発熱体の熱を利用することができる。
【００８６】
（第２実施形態）
図４は、本発明を適用した第２実施形態に係るＭＨＰ装置２０２を示す断面図である。上記実施形態では、高温側のＭＣＤユニット４０と低温側のＭＣＤユニット５０とが、同等の大きさと熱的な能力とを有していた。これに代えて、この実施形態では、熱交換器９０によってＭＨＰ装置２０２に与えられるインバータ装置７の廃熱の熱量を考慮して、熱交換器９０より低温側に位置する磁気熱量素子の量を減らしている。
【００８７】
ＭＨＰ装置２０２は、高温側のＭＣＤユニット２４０に比べて、低温側のＭＣＤユニット２５０の大きさを小さくするとともに、熱的な能力を小さく構成した。ＭＣＤユニット２４０は、５つの素子ユニット２６０−２６４から構成された磁気熱量素子２４９を備える。一方、ＭＣＤユニット２５０は、４つの素子ユニット２６５−２６８から構成された磁気熱量素子２５９を備える。したがって、低温側のＭＣＤユニット２５０が有する磁気熱量素子２５９の量は、高温側のＭＣＤユニット２４０が有する磁気熱量素子２４９の量より少なく設定されている。これに伴い、ハウジング２５１、ロータコア２５４、および永久磁石２５５の軸方向の長さは、ハウジング４１、ロータコア４４、および永久磁石４５より小さく設定されている。すなわち、低温側のＭＣＤユニット２５０の磁気回路は、高温側のＭＣＤユニット２４０の磁気回路より小さく構成されている。この結果、ＭＨＰ装置２の全体の体格が小型化されている。この実施形態でも、素子ユニット２６０−２６８が提供する階段状の高効率温度帯の分布は、定常時に高温端１１と低温端１２との間に現れる温度分布にほぼ対応している。
【００８８】
この実施形態によると、ＭＨＰ装置２０２に用いられる磁気熱量素子の量を減らすことができる。また、磁気回路を小型化することができる。この結果、ＭＨＰ装置２０２の体格を小型化することができる。
【００８９】
（第３実施形態）
図５は、本発明を適用した第３実施形態に係るＭＨＰ装置２を含む車両用空調装置３０１を示すブロック図である。上記実施形態では、高温側のＭＣＤユニット４０、２４０に熱交換器９０を設けてインバータ装置７の廃熱を回収した。これに代えて、この実施形態では、低温側循環流路１６に補助熱源装置３０５の熱交換器３９０を設けている。熱交換器３９０は、低温側循環流路１６における室外熱交換器４とＭＣＤユニット５０との間に設けられている。補助熱源装置３０５は、低温端１２から磁気熱量素子５９、４９にインバータ装置７の熱を与える。この構成によると、主たる熱源である室外空気からの吸熱と、インバータ装置７の熱の吸熱とを並行して実行することができる。
【００９０】
（第４実施形態）
図６は、本発明を適用した第４実施形態に係るＭＨＰ装置２を含む車両用空調装置４０１を示すブロック図である。上記実施形態では、補助熱源装置５は、発熱体としてインバータ装置７を採用していた。これに代えて、この実施形態では、補助熱源装置４０５は、電池６から給電される電熱器４０７を熱源としている。この実施形態では、ＭＣＤユニット４０に電熱器４０７を含む熱交換器４９０が設けられている。電熱器４０７が発生した熱は、熱交換器４９０によって作業水に伝達される。電熱器４０７は、電池６から給電されると発熱する。電熱器４０７が発熱したときの温度は、素子ユニット６３の高効率温度帯に対応している。制御装置４１０は、電熱器４０７への通電を制御する。この構成でも、発熱体である電熱器４０７の熱をＭＨＰ装置２に与えることができる。
【００９１】
（第５実施形態）
図７は、本発明を適用した第５実施形態に係るＭＨＰ装置５０２を示すブロック図である。ＭＨＰ装置５０２は、ＭＨＰ装置２に代えて車両用空調装置１に使用される。上記実施形態では、ポンプ３０を斜板式ポンプによって提供した。これに代えて、この実施形態では、ラジアルピストンポンプによってポンプ５３０を提供する。さらに、この実施形態では、ひとつの可変容積室に２つの作業室４６、５６が対応するように接続されている。
【００９２】
ポンプ３０は、円筒状または円柱状と呼びうるハウジング５３１を備える。ハウジング５３１は、その中心軸上に回転軸５３２を回転可能に支持している。回転軸５３２は、回転軸４２、および回転軸５２に直結されている。ハウジング５３１は、少なくともひとつのシリンダ５３３を区画形成している。ハウジング５３１は、回転軸５３２の周囲に、等間隔に配置された複数のシリンダ５３３を区画形成している。この実施形態では、ハウジング５３１は、５つのシリンダ５３３を区画形成している。ハウジング５３１は、カム５３４を収容している。カム５３４は、その外周面にカム面を有する。カム５３４は、回転軸５３２とともに回転するように回転軸５３２に連結されている。ひとつのシリンダ５３３には、ひとつのピストン５３５が配置されている。ピストン５３５は、シリンダ５３３の中を径方向に往復移動することができる。この結果、ひとつのシリンダ５３３の中に、１気筒の容積型のピストンポンプが形成される。ハウジング５３１は、５つのシリンダ５３３を有するから、ポンプ５３０は５気筒のピストンポンプを提供する。
【００９３】
ポンプ５３０は、一群の容積室によって、第１のＭＣＤユニット４０と第２のＭＣＤユニット５０とに並列的な作業水の流れを提供している。ひとつの気筒は、低温端１２から中間高温端１４へ向かう流れと、高温端１１から中間低温端１３へ向かう流れとを同時に生成する。また、ひとつの気筒は、高温端１１から中間低温端１３へ向かう流れと、低温端１２から中間高温端１４へ向かう流れとを同時に生成する。ポンプ５３０は、中間低温端１３から高温端１１に向けて作業水を流すときに、高温端１１から高温側循環流路１５に作業水を吐出する。また、ポンプ５３０は、中間高温端１４から低温端１２に向けて作業水を流すときに、低温端１２から低温側循環流路１６に作業水を吐出する。ポンプ５３０は、高温端１１から中間低温端１３に向けて作業水を流すときに、高温側循環流路１５から高温端１１に作業水を吸い込む。さらに、ポンプ５３０は、低温端１２から中間高温端１４に向けて作業水を流すときに、低温側循環流路１６から低温端１２に作業水を吸い込む。
【００９４】
ひとつの容積室に対応して設けられた複数の作業室４６、５６のうち、一方の作業室４６に外部磁場が印加されるとき、他方の作業室５６には外部磁場が印加されない。この結果、一方の作業室４６では磁気熱量素子４９が発熱して温熱の輸送が行われ、同時に、他方の作業室５６では磁気熱量素子５９が吸熱して冷熱の輸送が行われる。
【００９５】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００９６】
例えば、上記実施形態では、ＭＨＰ装置１は、室外の空気の熱を吸収し、室内の空気を暖める暖房装置を提供した。これに代えて、ＭＨＰ装置１は、室内の空気の熱を吸収し、室外の空気に熱を放出する冷房装置を提供することもできる。この場合、低温側熱交換器４は室内に配置され、高温側熱交換器３は、室外に配置される。
【００９７】
また、上記実施形態では、ポンプ３０を中央に配置して、その両側にＭＣＤユニット４０、５０を配置した。これに代えて、ポンプ３０の半部と、一方のＭＣＤユニットだけでＭＨＰ装置２を構成してもよい。例えば、ポンプ３０の右半部とＭＣＤユニット４０とでＭＨＰ装置２を構成してもよい。この場合、ポンプ３０とＭＣＤユニット４０との間に室外熱交換器４を設けることができる。
【００９８】
また、上記実施形態では、永久磁石を回転させることにより磁場印加除去手段を構成した。これに代えて、磁気熱量素子を移動させることにより磁場印加除去手段を構成してもよい。また、永久磁石に代えて電磁石を使用してもよい。
【００９９】
また、上記実施形態では、作業水によって、磁気熱量素子４９、５９、２４９、２５９をＡＭＲサイクルとして機能させるための熱輸送媒体と、ＭＨＰ装置２で得られた冷熱および／または温熱を熱交換器３、４に輸送する熱輸送媒体とを提供した。これに代えて、磁気熱量素子４９、５９、２４９、２５９をＡＭＲサイクルとして機能させるための熱輸送媒体と、ＭＨＰ装置２で得られた冷熱および／または温熱を熱交換器３、４に輸送する熱輸送媒体とを分離してもよい。例えば、ＭＨＰ装置２とは別に、高温端１１に得られた高温を輸送するための水の循環回路とポンプとを設けることができる。
【０１００】
また、上記実施形態では、発熱体としてインバータ装置７または電熱器４０７を採用した。これに代えて、または加えて、電池６、または車両を走行させるためのモータ８を発熱体として用いてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態では、電熱器４０７をＭＣＤユニット４０の外側に直接に設けてＭＣＤユニット４０を加熱するように構成した。これに代えて、電熱器４０７によって加熱された熱輸送媒体とＭＣＤユニット４０とを熱交換させる熱交換器を設ける構成を採用してもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、斜板式ポンプ、またはラジアルピストンポンプによって多気筒ポンプを提供した。これに代えて、他の形式の容積型ポンプを利用してもよい。また、上記第１実施形態では、ポンプの１気筒に、一つの作業室４６、５６を対応させて配置した。これに代えて、複数の気筒とひとつの作業室、またはひとつの気筒と複数の作業室、または複数の気筒と複数の作業室を対応させて配置してもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、磁気熱量素子４９、５９は、作業室４６、５６内を流れる作業水と十分に熱交換できる形状に形成されている。より具体的には、例えば、図８に図示される構造を採用することができる。図８は、第１実施形態および第２実施形態に適用可能な磁気熱量素子を示す斜視図である。磁気熱量素子４９は、角柱状に形成されている。磁気熱量素子４９は、複数の板状部材４９ａ、４９ｂを積層して構成されている。複数の板状部材４９ａには、作業水の流路を形成するための溝４９ｃが形成されている。図示の例では、末端の板状部材４９ｂは、溝を備えないが、同一の形状の板状部材だけを積層してもよい。磁気熱量素子４９は、その内部に、作業水を流すための複数の流路を形成している。複数の流路は、磁気熱量素子４９と作業水との熱交換を促進する。作業水の流路は、隣接する板状部材４９ａ、４９ｂの間に区画形成されている。磁気熱量素子５９も同様の構造を採用することができる。
【０１０４】
また、上記実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用した。これに代えて、住宅用の空調装置に本発明を適用してもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態では、室外の空気を主要な熱源とするＭＨＰ装置１を説明した。これに代えて、水、土などの他の熱源を主要熱源として利用してもよい。
【０１０６】
例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１、３０１、４０１  車両用空調装置
２、２０２  磁気熱量効果型ヒートポンプ装置（ＭＨＰ装置）
３  室内熱交換器
４  室外熱交換器
５、３０５、４０５  補助熱源装置
６  電池
７  インバータ装置
８  モータ
９  ポンプ
１０、４１０  制御装置
１１  高温端
１２  低温端
１３  中間低温端
１４  中間高温端
１５  高温側循環流路
１６  低温側循環流路
２０  モータ
３０、５３０  ポンプ
４０、２４０  磁気熱量素子ユニット（ＭＣＤユニット）
４５  永久磁石
４９  磁気熱量素子
５０、２５０  磁気熱量素子ユニット（ＭＣＤユニット）
５５  永久磁石
５９  磁気熱量素子
６０−６９  素子ユニット
７０  変速機
８０  変速機
９０、３９０、４９０  熱交換器
４０７  電熱器
【図１】
0005267613.tif 000002
【図２】
0005267613.tif 000003
【図３】
0005267613.tif 000004
【図４】
0005267613.tif 000005
【図５】
0005267613.tif 000006
【図６】
0005267613.tif 000007
【図７】
0005267613.tif 000008
【図８】
0005267613.tif 000009